У 1115 р. чернігівський князь Давид Святославич брав участь у перенесенні мощей святих Бориса та Гліба у храм, збудований його батьком у місті Вишгороді. Мощі переносили зі старої дерев’яної церкви у щойно побудовану кам’яну. У 1120 р. Давид втрачає свого сина Ростислава і на згадку про нього розпочинає будівництво собору на честь перших руських святих Бориса та Гліба у місті Чернігові. Також, князь наказав спорудити усипальницю для себе, де у 1123 р. був похований.

У 1239 році, після нападу ординців на чолі з Батиєм на Чернігів, собор був зруйнований. Відновлений був митрополитом Максимом. У XV ст. згадується як монастирський храм. Під час захоплення польською шляхтою Чернігова у 1611 році, храм згорів. У 1627-28 рр., переданий у власність домініканців, був ними відбудований як католицький костел. Католицькі ченці добудували дзвіницю та спорудили інші будівлі монастиря. Під час Хмельниччини домінікани покинули монастир. Храм було реконструйовано архієпископом чернігівським Лазарем Барановичем у 1659 році і визначено як кафедральний, а монастир стає резиденцією чернігівських єпископів. У 1702-03 рр. архієпископ Іоанн Максимович споруджує кам’яну дзвіницю. При ритті котловану під дзвіницю було знайдено «срібного ідола» (існують також версії, що знахідка була зроблена при ритті котловану під дзвіницю Чернігівського колегіуму або при ритті котловану під дзвіницю Спасо-Преображенського собору, є навіть припущення про двох знайдених ідолів) із матеріалу якого, за сприяння Івана Мазепи, було виготовлено царські врата (хоча за результатами хімічного аналізу встановлено, що основні частини врат справді виготовлені з легованого срібла 875 проби, довести, що матеріалом для виробу послужив цільний шматок срібла (в даному випадку — ідол), як і зворотнє, неможливо, оскільки такий хімічний склад срібла характерний для європейської ювелірної пластики того часу в цілому).

Загалом же версія про «знайденого ідола» бере свій початок у праці О. Ф. Шафонського, звідки була розтиражована в краєзнавчій та науковій літературі останніх двох століть.

Храм зазнав реконструкції у 1857 році, а у 1889 році був перефарбований. Під час Другої світової війни собор постраждав від авіабомби. Первісні склепіння та апсиди храму не збереглися. Капітальну реконструкцію собору з метою повернення йому форм домонгольської доби виконано у 1952-58 рр. за проектом М. В. Холостенка.

Археологічні дослідження поблизу стін виявили підмурки галерей. За відсутністю даних про їх форми галереї при реставрації не відновлювались, проте були розмічені трасуванням. Нині храм Бориса і Гліба перетворений на музей Національного архітектурно-історичного заповідника «Чернігів стародавній». Крім того, собор став також Будинком хорової спадщини, де проходять концерти духовної музики.